Lineare statische Analyse (Elastizität)¶
Für diese Analyse werden die Daten aus tutorial/01_elastic_hinge verwendet.
Analysemodell¶
Das Analyseobjekt ist ein Scharnierbauteil. Die Geometrie ist in Abb. 4.1.1 und die Netzdaten sind in Abb. 4.1.2 dargestellt.
| Punkt | Inhalt | Bemerkungen | Referenz |
|---|---|---|---|
| Analyseart | Lineare statische Analyse | !SOLUTION,TYPE=STATIC | |
| Anzahl der Knoten | 84,056 | ||
| Anzahl der Elemente | 49,871 | ||
| Elementtyp | Quadratisches 10-Knoten-Tetraederelement | !ELEMENT,TYPE=342 | Elementbibliothek |
| Materialname | STEEL | !MATERIAL,NAME=STEEL | Materialdaten |
| Materialverhalten | ELASTIC | !ELASTIC | |
| Randbedingungen | Lagerungen, Einzellast | ||
| Matrixlöser | CG/SSOR | !SOLVER,METHOD=CG,PRECOND=1 |
Abb. 4.1.1: Geometrie des Scharnierbauteils
Abb. 4.1.2: Netzdaten des Scharnierbauteils
Analyseinhalt¶
Entpacken Sie den FrontISTR-Quellcode, wechseln Sie in das Verzeichnis dieses Beispiels und prüfen Sie, ob die für die Analyse erforderlichen Dateien
| Dateiname | Typ | Aufgabe |
|---|---|---|
hecmw_ctrl.dat |
Gesamtsteuerdaten | Gibt die Ein-/Ausgabedateien für Netzdaten und Analysesteuerdaten an |
hinge.cnt |
Analysesteuerdaten | Definiert Analyseart, Verschiebungsrandbedingungen, Einzellasten usw. und legt außerdem die Steuerung von Solver und Visualisierung fest |
hinge.msh |
Netzdaten | Definiert das Finite-Elemente-Netz sowie die zugehörigen Material- und Abschnittsdaten |
vorhanden sind.
Ausgabe:
Es wird eine Spannungsanalyse durchgeführt, bei der die Verschiebung der in Abb. 4.1.1 gezeigten Lagerflächen gesperrt und auf der Belastungsfläche eine Einzellast aufgebracht wird. Die Gesamtsteuerdaten und Analysesteuerdaten sind nachfolgend dargestellt.
Gesamtsteuerdaten hecmw_ctrl.dat¶
Gibt die Ein-/Ausgabedateien für Netzdaten und Analysesteuerdaten an.
#
# for solver
#
!MESH, NAME=fstrMSH, TYPE=HECMW-ENTIRE # Einzelne Netzdaten angeben
hinge.msh
!CONTROL, NAME=fstrCNT # Analysesteuerdaten angeben
hinge.cnt
!RESULT, NAME=fstrRES, IO=OUT # Ergebnisdaten angeben
hinge.res
!RESULT, NAME=vis_out, IO=OUT # Visualisierungsdaten angeben
hinge_vis
Analysesteuerdaten hinge.cnt¶
Definiert Analyseart, Verschiebungsrandbedingungen, Einzellasten usw. und legt außerdem die Steuerung von Solver und Visualisierung fest.
# Control File for FISTR
## Analysis Control
!VERSION # Version des Dateiformats angeben
3
!SOLUTION, TYPE=STATIC # Analyseart angeben
!WRITE,RESULT # Ausgabe der Ergebnisdaten angeben
!WRITE,VISUAL # Ausgabe der Visualisierungsdaten angeben
## Solver Control
### Boundary Condition
!BOUNDARY
BND0, 1, 3, 0.000000 # Lagerfläche 1 angeben
!BOUNDARY
BND1, 1, 3, 0.000000 # Lagerfläche 2 angeben
!CLOAD
CL0, 1, 0.01000 # Belastungsfläche angeben
### Material
!MATERIAL, NAME=STEEL # Materialeigenschaften angeben
!ELASTIC # Elastisches Material definieren
210000.0, 0.3
!DENSITY # Massendichte definieren
7.85e-6
### Solver Setting
!SOLVER,METHOD=CG,PRECOND=1,ITERLOG=YES,TIMELOG=YES # Solversteuerung
10000, 1
1.0e-08, 1.0, 0.0
## Post Control
!VISUAL,method=PSR # Visualisierungsmethode angeben
!surface_num=1 # Anzahl der Flächen in einer Flächendarstellung
!surface 1 # Inhalt der Fläche angeben
!output_type=VTK # Typ der Visualisierungsdatei angeben
!END # Ende der Analysesteuerdaten
Netzdaten¶
Definiert das Finite-Elemente-Netz sowie dessen Material- und Abschnittsdaten.
(Auszug)
!HEADER
HECMW_Msh File generated by REVOCAP
!NODE
1, -1.22042, 2.23355, 1.65220
2, -1.27050, -3.10529, 1.59209
...
!ELEMENT, TYPE=342
1, 1157, 3549, 3321, 3739, 12629, 12627, 12626, 12628, 12631, 12630
2, 8207, 3321, 3549, 3739, 12629, 12633, 12632, 12634, 12630, 12631
...
!MATERIAL, NAME=STEEL, ITEM=2
!ITEM=1, SUBITEM=2
210000.0, 0.3
!ITEM=2, SUBITEM=1
7.85e-6
!SECTION, TYPE=SOLID, EGRP=Solid0, MATERIAL=STEEL
!EGROUP, EGRP=Solid0
1
2
...
!END
Analyseablauf¶
Führen Sie den FrontISTR-Ausführungsbefehl fistr1 aus.
(Ausführung mit 4 Threads)
##################################################################
# FrontISTR
#
##################################################################
---
version: 5.1.0
git_hash: acab000c8c633b7b9d596424769e14363f720841
build:
date: 2020-10-05T07:39:55Z
MPI: enabled
OpenMP: enabled
option: "-p --with-tools --with-refiner --with-metis --with-mumps --with-lapack --with-ml --with-mkl "
HECMW_METIS_VER: 5
execute:
date: 2020-10-07T10:01:16+0900
processes: 1
threads: 4
cores: 4
host:
0: flow-p06
---
...
Step control not defined! Using default step=1
fstr_setup: OK
Start visualize PSF 1 at timestep 0
loading step= 1
sub_step= 1, current_time= 0.0000E+00, time_inc= 0.1000E+01
loading_factor= 0.0000000 1.0000000
### 3x3 BLOCK CG, SSOR, 1
1 1.903375E+00
2 1.974378E+00
3 2.534627E+00
...
...
2967 1.080216E-08
2968 1.004317E-08
2969 9.375729E-09
### Relative residual = 9.39429E-09
### summary of linear solver
2969 iterations 9.394286E-09
set-up time : 1.953022E-01
solver time : 5.704201E+01
solver/comm time : 5.145826E-01
solver/matvec : 2.306329E+01
solver/precond : 2.632665E+01
solver/1 iter : 1.921253E-02
work ratio (%) : 9.909789E+01
Start visualize PSF 1 at timestep 1
### FSTR_SOLVE_NLGEOM FINISHED!
====================================
TOTAL TIME (sec) : 59.99
pre (sec) : 0.71
solve (sec) : 59.29
====================================
FrontISTR Completed !!
Die Analyse ist abgeschlossen, wenn FrontISTR Completed !! angezeigt wird.
Analyseergebnisse¶
Nach Abschluss der Analyse werden mehrere neue Dateien erzeugt.
Ausgabe:
0.log hecmw_ctrl.dat hinge.res.0.0 hinge_vis_psf.0001
FSTR.dbg.0 hecmw_vis.ini hinge.res.0.1 hinge_vis_psf.0001.pvtu
FSTR.msg hinge.cnt hinge_vis_psf.0000
FSTR.sta hinge.msh hinge_vis_psf.0000.pvtu
*.res.* sind Ergebnisdateien, in denen die FrontISTR-Analyseergebnisse gespeichert werden. Sie können mit REVOCAP_PrePost und ähnlichen Werkzeugen angezeigt werden.
*_vis_* sind Visualisierungsdaten und können mit allgemeiner Visualisierungssoftware angezeigt werden. In diesem Beispiel erfolgt die Ausgabe im VTK-Format; zur Anzeige kann daher ParaView oder ähnliche Software verwendet werden.
Eine mit REVOCAP_PrePost erstellte Konturdarstellung der von-Mises-Spannung ist in Abb. 4.1.3 gezeigt. Als numerische Daten der Analyseergebnisse ist außerdem ein Ausschnitt aus der Analyseprotokolldatei nachfolgend aufgeführt.
Abb. 4.1.3: Analyseergebnis der von-Mises-Spannung
Analyseprotokoll 0.log¶
fstr_setup: OK
#### Result step= 0
##### Local Summary @Node :Max/IdMax/Min/IdMin####
//U1 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//U2 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//U3 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//SMS 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
##### Local Summary @Element :Max/IdMax/Min/IdMin####
//E11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//SMS 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
##### Global Summary @Node :Max/IdMax/Min/IdMin####
//U1 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//U2 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//U3 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//SMS 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
##### Global Summary @Element :Max/IdMax/Min/IdMin####
//E11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//E31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S11 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S22 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S33 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S12 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S23 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//S31 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
//SMS 0.0000E+00 1 0.0000E+00 1
#### Result step= 1
##### Local Summary @Node :Max/IdMax/Min/IdMin####
//U1 3.9115E-02 82452 -7.1083E-04 65233
//U2 7.4504E-05 354 -5.8813E-04 696
//U3 5.9493E-04 84 -5.8751E-03 61080
//E11 1.3777E-03 130 -1.3653E-03 77625
//E22 4.9199E-04 61 -5.4370E-04 102
//E33 6.8634E-04 51036 -6.1176E-04 30070
//E12 7.1556E-04 27808 -6.8093E-04 27863
//E23 5.3666E-04 56 -5.4347E-04 82
//E31 7.2396E-04 36168 -9.6621E-04 130
//S11 3.8626E+02 130 -3.6387E+02 28580
//S22 1.6628E+02 130 -1.5743E+02 28580
//S33 1.6502E+02 30033 -1.5643E+02 28580
//S12 5.7795E+01 27808 -5.4998E+01 27863
//S23 4.3345E+01 56 -4.3896E+01 82
//S31 5.8474E+01 36168 -7.8040E+01 130
//SMS 2.8195E+02 77625 1.2755E-02 75112
##### Local Summary @Element :Max/IdMax/Min/IdMin####
//E11 1.0731E-03 10485 -1.2123E-03 41779
//E22 3.9143E-04 33536 -4.1389E-04 22892
//E33 5.9415E-04 44563 -5.0497E-04 47965
//E12 5.3264E-04 9163 -5.0405E-04 9161
//E23 3.9226E-04 33024 -4.1464E-04 23465
//E31 5.7633E-04 43142 -4.8019E-04 9571
//S11 2.7231E+02 9180 -2.9763E+02 41779
//S22 1.0792E+02 9180 -1.0656E+02 41779
//S33 1.3921E+02 44569 -1.1431E+02 47974
//S12 4.3021E+01 9163 -4.0712E+01 9161
//S23 3.1683E+01 33024 -3.3490E+01 23465
//S31 4.6550E+01 43142 -3.8785E+01 9571
//SMS 2.4057E+02 41779 3.1383E-02 38687
##### Global Summary @Node :Max/IdMax/Min/IdMin####
//U1 3.9115E-02 82452 -7.1083E-04 65233
//U2 7.4504E-05 354 -5.8813E-04 696
//U3 5.9493E-04 84 -5.8751E-03 61080
//E11 1.3777E-03 130 -1.3653E-03 77625
//E22 4.9199E-04 61 -5.4370E-04 102
//E33 6.8634E-04 51036 -6.1176E-04 30070
//E12 7.1556E-04 27808 -6.8093E-04 27863
//E23 5.3666E-04 56 -5.4347E-04 82
//E31 7.2396E-04 36168 -9.6621E-04 130
//S11 3.8626E+02 130 -3.6387E+02 28580
//S22 1.6628E+02 130 -1.5743E+02 28580
//S33 1.6502E+02 30033 -1.5643E+02 28580
//S12 5.7795E+01 27808 -5.4998E+01 27863
//S23 4.3345E+01 56 -4.3896E+01 82
//S31 5.8474E+01 36168 -7.8040E+01 130
//SMS 2.8195E+02 77625 1.2755E-02 75112
##### Global Summary @Element :Max/IdMax/Min/IdMin####
//E11 1.0731E-03 10485 -1.2123E-03 41779
//E22 3.9143E-04 33536 -4.1389E-04 22892
//E33 5.9415E-04 44563 -5.0497E-04 47965
//E12 5.3264E-04 9163 -5.0405E-04 9161
//E23 3.9226E-04 33024 -4.1464E-04 23465
//E31 5.7633E-04 43142 -4.8019E-04 9571
//S11 2.7231E+02 9180 -2.9763E+02 41779
//S22 1.0792E+02 9180 -1.0656E+02 41779
//S33 1.3921E+02 44569 -1.1431E+02 47974
//S12 4.3021E+01 9163 -4.0712E+01 9161
//S23 3.1683E+01 33024 -3.3490E+01 23465
//S31 4.6550E+01 43142 -3.8785E+01 9571
//SMS 2.4057E+02 41779 3.1383E-02 38687